Windows系统是当前面向用户应用最多的操作系统之一，该系统配套有成熟且丰富的软件开发程序，如Eclipse和Visual Studio等。然而，Windows操作系统由其特性决定了其不能保证系统行为的确定性和可预测性，难以直接应用于实时领域，此时，则需要对Windows进行实时扩展。为帮助客户更好地进行开发，北京盟通科技将向您介绍和推荐不同场景下的Windows实施扩展产品，为您的开发提供更多选择。
LxWin 实时Hypervisor:
Windows + Real-time Linux
现今，Linux已经成为最流行的实时操作系统。得益于其确定性的硬实时能力，完善的开发工具和配套的板级硬件驱动和软件的支持，吸引了众多领先的工业控制器制造商使用它开发产品。典型的应用包括带有高实时性需求的PLC、运动控制器、数控系统等。
使用LxWin Hypervisor可以将Windows和非常快速的实时Linux并行运行，面对大量的Linux驱动程序：如现场总线控制器、GigE摄像机系统、通信协议栈（EtherCAT，Profinet，OPC，OPC UA，TSN等）或复杂的软件解决方案（例如CNC控制器或PLC）时，客户可以直接使用这些驱动程序，不需要重新在LxWin下重新进行任何更改。
在上述案例中，客户通常需要构建多种跨操作平台、应用于不同形式对象的应用方案，在这类客户应用方案中客户需要分别部署基于Windows的GUI系统和基于Linux的控制器两个独立的部分，LxWin对此需求的解决方法则是将应用整合到单个硬件上，进而让用户能使用更为熟悉的Eclipse或Microsoft Visual Studio（从VS 2015开始）等软件来完成设计。(点此了解下载Eclipse或者Microsoft Visual Studio )
acontis 公司的Windows实时扩展方案包括两个重要的组成部分。首先，实现环境可以在不同的实时操作系统之间选择。我们推荐用户使用Linux RT Preempt或RTOS-32 Ontime系统作为实时环境。当然客户也可以选择VxWorks、QNX、WinCE以及自行开发实时操作系统作为实时环境。
图1 LxWin设计思想
LxWin 系统预览
图2 实时环境框架图
图2是选择Real Time Linux 作为实时环境的框架示意图。控制器厂商在Windows上开发的非实时应用程序和客户图形界面可以继续保留在Windows系统下，而EtherCAT主站、运动控制算法等实时应用需要运行在Linux RT Preempt实时环境中。图2中同样可以看出，Windows操作系统和实时Linux系统被隔离在不同的CPU核和不同的内存空间中，两个操作系统相互独立，并分别独立控制被分配给其的硬件。隔离带来的好处显而易见，两个系统的隔离可以在一个系统出现异常时，比如Windows被某个应用阻塞或者蓝屏时，实时Linux下的应用程序将继续正常运行而不受Windows故障状态的影响。LxWin方案对实时应用程序部分和非实时Windows部分设置了隔离的方法。 LxWin在hypervisor基础上嵌入了Linux硬实时内核。 该hypervisor环境是关键，可确保实时性能以及与Windows的隔离。
重要特性
LxWin有以下重要特性：
- 支持实时Linux-32位和64位；
- 支持Linux Yocto；
- 可以在一个或多个CPU内核上运行Linux；
- 快速中断处理和极短线程延迟；
- 在Windows蓝屏发生后，Linux继续运行而且没有实时损失；
- 支持Windows 7,8,10-32/64位；
- 可选用英特尔?VT，VT-d硬件虚拟化以增强鲁棒性；
- 第三方Linux应用程序和驱动程序无需修改即可运行；
- 搭建Windows和Linux之间的虚拟网络连接（用于应用程序级TCP/IP通信和本地调试）；
- 共享内存，事件，互锁数据访问，可实现应用级高速通信；
- 可以实现更高级别的Windows/Linux通信：管道，消息队列和实时套接字；
- 支持TSN协议栈，集成了acontis technologies的EtherCAT主站协议栈解决方案。
使用LxWin的优势
硬件整合
- 节省了第二个控制系统或者功能扩展卡；
- 随着硬件组件的减少，增加了MTBF（平均无故障时间）；
- 可以搭建更紧凑的控制器。
软件整合
- 与Linux完全兼容的快速学习曲线；
- 使用功能强大的开发工具（Visual Studio，Eclipse）对实时应用程序，通信协议和GUI进行编程；
- 可重用现有的Linux软件。
可扩展性
- 将现有Linux应用程序集成到Windows环境中，无需额外的硬件成本；
- 在嵌入式系统上使用相同的Linux应用程序，例如，基于ARM体系结构的应用。
典型应用
- 基于PC的自动控制（PLC，运动控制、其他控制器）；
- 实时数据测试和数据采集；
- 在同一台PC上通过添加Windows功能来扩展现有的Linux应用程序；
- Linux原型：在具有完全硬件访问权限的常规PC上开发和测试Linux软件。
LxWin 截图
Windows实时扩展使用Linux RT Preempt作为实时环境，因此这个解决方案被命名为LxWIN。LxWIN包含了已经做过实时性能优化的实时Linux系统，使用Visual Studio作为应用开发IDE，以及图形化配置界面，如图3所示。即使缺乏Linux经验的用户，也可以在较短的时间内开发标准的EtherCAT应用。
图3.LxWIN图形化配置界面
LxWin方案运行如图4：
在Windows启动后启动Linux
在调试终端上打印Linux启动信息
Linux使用虚拟网络作为调试接口
通过Linux控制Intel PRO/1000网卡
图4.LxWin运行过程
架构
图5.LxWIN体系架构
支持与服务
如您对相关产品感兴趣，我们将为您提供专业的技术指导，在您开发控制系统时，如果需要，我们可以为您提供完整的系统集成解决方案，针对性地满足您的差异化需求。
同时，我们可以为您提供方案设计和咨询服务，对您的系统进行性能分析和优化，为您开发最新的以太网网络驱动程序和软件等，欢迎您就具体事宜和具体需求与我们沟通和联系。
